蓝光照射神经元、南极冰层中的光学传感器串与一对镜像分子模型并列的科普插画

AI 生成示意图：从左至右分别象征光遗传学、南极冰层中的中微子探测与手性分子，不代表真实实验装置或分子结构。

2026 年诺贝尔科学奖于 10 月 5 日至 7 日相继揭晓：生理学或医学奖表彰光门控离子通道与光遗传学，物理学奖表彰 IceCube 与天体物理高能中微子的发现，化学奖表彰不对称有机合成中的非线性效应与自催化。本期依据诺贝尔奖官网新闻稿和科普材料，为每个奖项选出一两篇奠基论文，说明它们当时做了什么、证据走到了哪一步。

生理学或医学奖：从衣藻光感蛋白到神经元光控开关

10 月 5 日，卡罗林斯卡学院诺贝尔大会宣布，将 2026 年生理学或医学奖授予 Karl Deisseroth（霍华德·休斯医学研究所与斯坦福大学）、Peter Hegemann（柏林洪堡大学）和 Georg Nagel（维尔茨堡大学），表彰他们在光门控离子通道与光遗传学方面的发现。新闻稿注明，Hegemann 与 Nagel 的获奖发现分别完成于马普生物化学研究所和马普生物物理研究所。起点是单细胞绿藻衣藻：据官方科普材料，Hegemann 在 1990 年代初测得衣藻眼点受光后约半毫秒就出现电信号，比人眼的光转导快得多，于是推测藻类体内有一种自己就能感光、又能充当离子通道的蛋白。

第一篇值得读的是 Nagel、Hegemann、Bamberg 等人 2003 年 11 月 13 日在线发表于 PNAS 的《Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel》。此前一年（2002 年 6 月 28 日），同一批研究者已在 Science 报告通道视紫红质-1（ChR1）：把衣藻基因表达在非洲爪蟾卵母细胞中，加入全反式视黄醛后出现光门控、选择性通透质子的电导。2003 年的论文转向 ChR2，在爪蟾卵母细胞和哺乳动物细胞中证明它是被光直接开启的阳离子通道：吸收光子后迅速打开，一价和二价阳离子都能通过；持续光照下会脱敏，降到较小的稳态电导。官方科普材料补充，这个通道在 0.2 毫秒内即可打开。论文摘要的最后一句提出，只需照光，就能用 ChR2 让大大小小的细胞去极化。这一步回答了“光能否直接打开通道”，但实验对象仍是卵母细胞和培养的肾源细胞，还没有进入神经元。

第二篇是 Boyden、Zhang、Bamberg、Nagel、Deisseroth 2005 年 8 月 14 日在线发表于 Nature Neuroscience 的《Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity》。按官方科普材料，Deisseroth 团队向 Nagel 索取 ChR2 的 DNA，把它导入培养皿中的大鼠神经元；蓝光一照，神经元立即产生神经信号，并能传给其他神经元。论文标题里的两个限定词就是它的贡献：时间精度达到毫秒级，受控对象由基因表达来选定。局限同样明确：这仍是离体培养的细胞。官方列出的后续关键论文显示，直到 2007 年，该团队才借助植入脑内的细光纤，在活体小鼠运动皮层中用光控制胡须运动。官方材料还提到，临床试验正尝试为视网膜色素变性致盲者恢复部分视力，目前仍处于早期阶段。

扫描电子显微镜下的莱茵衣藻单细胞，灰白色立体细胞体与从一端伸出的细长鞭毛

莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的扫描电镜照片。图：Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College；来源：Wikimedia Commons；许可：公有领域。

物理学奖：南极冰层中的高能中微子

10 月 6 日，瑞典皇家科学院宣布将 2026 年物理学奖单独授予威斯康星大学麦迪逊分校的 Francis Halzen，表彰他对 IceCube 中微子观测站的决定性贡献，以及发现天体物理来源的高能中微子。据官方科普材料，Halzen 与 John G. Learned 于 1988 年在波兰的一次会议上首次提出在南极冰层中探测中微子的方案：中微子偶尔撞上原子核，产生的带电粒子在透明冰中发出蓝光，光传感器据此追踪它的方向。1992 年，团队首次尝试把传感器放入南极冰川，先建成前身 AMANDA（建设持续到 2000 年 1 月）；IceCube 在 2011 年达到满规模，86 根缆线挂载 5160 个光传感器，位于冰下 1450 至 2450 米，覆盖约 1 立方千米冰体。

奠基证据分两步发表。2013 年 7 月，IceCube 合作组在 Physical Review Letters 发表《First Observation of PeV-Energy Neutrinos with IceCube》：在相当于 615.9 天有效观测时间的数据中，找到两个沉积能量分别约 1.04 PeV 和 1.14 PeV 的事件，是当时观测到的最高能中微子。大气本底的期望数仅约 0.082 个，但两个事件的统计显著性只有 2.8σ，作者的措辞是“可能是天体物理中微子通量的首个迹象”。

同年 11 月 22 日，合作组在 Science 发表《Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector》。这次分析使用 2010 年 5 月至 2012 年 5 月的数据，只保留在探测器内部发生相互作用的事件，把灵敏范围向下扩展到约 30 TeV，又找到 26 个事件。连同此前两个 PeV 事件，这 28 个事件的味、方向和能量都与大气本底的预期不符，纯大气来源的假设在 4σ 水平上被拒绝，结果与地外来源的一般预测相容。论文用的是“证据”而非“发现”；官方科普也说，几年后数据积累足够，研究者才确认这一发现。至于具体源头，官方材料提到活动星系 NGC 1068 方向有 79 个中微子，但同时说明证据还不足以确定它就是中微子源。

南极暮光中的 IceCube 实验室建筑全景，天空中可见银河与极光，地面是平坦冰原

南极点的 IceCube 实验室（ICL），摄于天文暮光与航海暮光交替时分。摄影：John Hardin；来源：Wikimedia Commons；许可：CC BY 4.0。

化学奖：非线性效应与不对称自催化

10 月 7 日，瑞典皇家科学院宣布将 2026 年化学奖授予（时称）巴黎南大学的 Henri B. Kagan 与东京理科大学的 Kenso Soai，表彰他们发现不对称有机合成中的非线性效应与自催化。官方科普用 1953 年 Charles Frank 的理论模型串起两人的工作：一个反应要自发走向单一手性（同手性），需要满足三个条件——由手性催化剂驱动的不对称反应；增强一种镜像、抑制另一种的机制；产物能催化生成自身的自催化。第一个条件早已有人实现，后两个分别由 Kagan 和 Soai 补上。

Kagan 的奠基论文是 1986 年 4 月发表于 Journal of the American Chemical Society 的《Nonlinear effects in asymmetric synthesis. Examples in asymmetric oxidations and aldolization reactions》（Puchot、Samuel、Duñach、Zhao、Agami、Kagan）。当时通行的假设是：催化剂中手性配体的对映体过量（ee）与产物的 ee 成正比。Kagan 推想金属中心会同时结合至少两个手性配体，左右手配体混用时就会形成“右-右”“左-左”“左-右”三种催化剂。他用不同比例的配体对映体做实验，发现产物 ee 与催化剂 ee 并不成直线，产物 ee 可以高于催化剂 ee；官方科普的解释是，“左-右”型催化剂的反应要慢得多。论文在不对称氧化和羟醛化反应中给出了三个例子。这种效应放大的是已有的手性差异，反应仍需外加手性催化剂。

Soai 的关键论文是 1995 年 12 月发表于 Nature 的《Asymmetric autocatalysis and amplification of enantiomeric excess of a chiral molecule》（Soai、Shibata、Morioka、Choji）。据官方科普，他注意到一个非线性效应很强的反应中，催化剂与产物结构相似，于是反复筛选，找到能催化生成自身的手性分子 5-嘧啶基烷醇：反应从一种对映体约 2% 的过量出发，最终得到 87% 的过量。这是首个不对称自催化反应，但离生命分子那样的单一手性还有距离。官方材料称，Soai 在 2003 年进一步展示，不加任何手性物质时，随机产生的微小过量也能被放大到占产物的 99.99%，重复实验时胜出的镜像随机变化。官方同时提醒，Soai 反应是人工体系，与生命化学不同；研究者正尝试用氨基酸和糖重现类似结果。

参考文献

  1. The Nobel Assembly at Karolinska Institutet. Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2026. 2026-10-05. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2026/press-release/

  2. The Nobel Assembly at Karolinska Institutet. Popular information: A light-sensitive algal protein energised neuroscience. 随 2026 年奖项公布发布，页面未单独标注日期. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2026/popular-information/

  3. Nagel G, Ollig D, Fuhrmann M, et al. Channelrhodopsin-1: A Light-Gated Proton Channel in Green Algae. Science, 2002, 296(5577): 2395–2398. 出版日期 2002-06-28. https://doi.org/10.1126/science.1072068

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  5. Boyden ES, Zhang F, Bamberg E, Nagel G, Deisseroth K. Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nature Neuroscience, 2005, 8(9): 1263–1268. 在线发表 2005-08-14. https://doi.org/10.1038/nn1525

  6. The Royal Swedish Academy of Sciences. Press release: The Nobel Prize in Physics 2026. 2026-10-06. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2026/press-release/

  7. The Royal Swedish Academy of Sciences. Popular information: Ice at the South Pole reveals cosmic particle accelerators. 随 2026 年奖项公布发布，页面未单独标注日期. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2026/popular-information/

  8. IceCube Collaboration (Aartsen MG, et al.). First Observation of PeV-Energy Neutrinos with IceCube. Physical Review Letters, 2013, 111(2): 021103. 2013 年 7 月发表. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.021103

  9. IceCube Collaboration. Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector. Science, 2013, 342(6161): 1242856. 出版日期 2013-11-22. https://doi.org/10.1126/science.1242856

  10. The Royal Swedish Academy of Sciences. Press release: The Nobel Prize in Chemistry 2026. 2026-10-07. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2026/press-release/

  11. The Royal Swedish Academy of Sciences. Popular information: They solved chemistry’s asymmetric mystery. 随 2026 年奖项公布发布，页面未单独标注日期. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2026/popular-information/

  12. Puchot C, Samuel O, Duñach E, Zhao S, Agami C, Kagan HB. Nonlinear effects in asymmetric synthesis. Examples in asymmetric oxidations and aldolization reactions. Journal of the American Chemical Society, 1986, 108(9): 2353–2357. 1986 年 4 月出版. https://doi.org/10.1021/ja00269a036

  13. Soai K, Shibata T, Morioka H, Choji K. Asymmetric autocatalysis and amplification of enantiomeric excess of a chiral molecule. Nature, 1995, 378(6559): 767–768. 1995 年 12 月出版. https://doi.org/10.1038/378767a0

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